CN102393354B - 一种智能土工剪切流变仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程土工材料的实验测试仪器领域，具体是一种智能土工剪切流变仪，该流变仪由实验平台、加载系统、数据采集系统和数据处理系统组成，实验平台保证实验测试的水平性和稳定性，加载系统有竖向加载和水平加载系统组成，加载通过砝码进行加载，保证荷载的精确性，数据采集系统由位移计和拉力传感器组成，精确度较高，通过无线发射和接收数据信号，保证实验可以远程处理和监测，数据处理系统通过开发软件，实现数据的实时自动采集、保存、显示和处理功能。与现有技术相比，本发明操作步骤简单，实验精确度较高，能够远程操作，智能化程度较高，对土体剪切流变测试实验具有较大的应用价值。

Description

一种智能土工剪切流变仪

技术领域

本发明涉及一种岩土工程土工材料的实验测试仪器，尤其是涉及一种智能土工剪切流变仪。

背景技术

岩土材料在外力及工程环境影响下，大多出现与时间相关的力学行为，若同时受到应力场、温度场或渗流场的变化，或者彼此之间相互影响，会导致土体流变形变路径的变化和变形加速，最终发生工程灾害，例如泥石流、滑坡和塌方等，给人类的生产和生活带来很大的危害，因此，深入研究岩土材料的流变性质及其规律，一直是岩土力学领域一项十分重要的工程应用研究内容，而目前的土工剪切仪器，具有操作步骤复杂、测试精度较低、数据采集和处理困难等特征，难以满足长时间岩土材料流变剪切测试工作，因此，需要一种智能型的岩土剪切测试仪器，以满足目前大量岩土材料的测试工作。

经对现有技术的文献检索发现，专利授权号CN 101498650B公开了一种五联动岩石单轴流变仪，其特征仅仅使用于岩石单轴流变测试，因为没有剪切盒，岩土剪切流变无法测试，而且无法测定在双向荷载作用下流变测试，由于动力由电机提供，对于长时间土体流变测试无法提供恒定的荷载值，其数据软件无法提供数据自动实时处理和预警功能，因此，需要一个双向荷载作用、测试精确度和智能化程度较高的土工剪切流变仪。

发明内容

本发明的目的就是针对现有土工材料剪切仪器存在的不足，提供一种智能土工剪切流变仪，能够实现测试精度高，实验操作步骤简单，数据自动传输和处理等功能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种智能土工剪切流变仪，包括实验平台、加载系统、数据采集系统和数据处理系统四部分，其特征在于：

所述的实验平台包括有钢柱和钢梁连接而成的支撑架，以及该支撑架上的水平钢板铺面；

所述的加载系统包括竖向加载系统和水平向加载系统，所述的竖向加载系统包括竖向轨道、竖向托盘和竖向砝码，所述的水平向加载系统包括承压板、上剪切盒、下剪切盒、水平滑动轨道、柔软钢丝绳、滑轮、水平托盘和水平砝码，所述的竖向托盘放置于竖向轨道上，所述的竖向砝码放置于竖向托盘上，所述的竖向托盘顶住承压板，所述的水平滑动轨道设置在水平钢板上，所述的下剪切盒设置在水平滑动轨道上，所述的上剪切盒与下剪切盒对齐相连组成剪切盒，剪切盒内放置土体，通过承压板向剪切盒内土体施加竖向荷载，所述的柔软钢丝绳通过滑轮分别连接下剪切盒和水平托盘，所述的水平砝码放置在水平托盘上，施加水平荷载；

所述的数据采集系统包括位移计、拉力传感器、无线发射器、无线收发器和计算机，所述的位移计与下剪切盒连接，所述的拉力传感器设置在下剪切盒与柔软钢丝绳之间，所述的位移计和拉力传感器连接无线发射器，所述的无线收发器与计算机连接；

所述的数据处理系统将数据采集系统采集的位移和荷载数据自动显示，并保存在计算机中，分别给出位移时间曲线图，对于给定的土体剪切值，实现自动预警功能。

所述的钢柱与钢梁焊接成支撑架，并与其上的水平钢板焊接，保证钢板的水平性和实验平台的稳定性。

所述的竖向加载系统还包括竖向支架，所述的竖向支架固定在水平钢板上。

所述的位移计一端与下剪切盒连接，另一端固定在竖向支架上。

所述的水平向加载系统还包括水平顶板，所述的水平顶板设置在竖向支架和上剪切盒之间。

所述的数据处理系统可实现远程处理和监测功能。

操作时，通过以下步骤实现：

(1)将钢柱、钢梁和水平钢板进行连接，组合为实验平台，将实验加载系统与实验平台表面焊接牢固；

(2)将用于实验的土体放入剪切盒内，将承压板放置于上剪切盒，将剪切盒、承压板和土体整体放置于水平轨道上，然后将竖向托盘放置于垂直轨道，并将下端置于受压板顶部，在竖向托盘上放置砝码，施加竖向荷载；

(3)将下剪切盒与拉力传感器连接，柔软钢丝绳与水平托盘绕过滑轮连接，并将钢丝绳与拉力传感器连接，在托盘上放置砝码，施加水平剪切力；

(4)将位移计布置在下剪切盒，并将位移计和拉力传感器与无线发射器相连，将收发器与计算机相连，运用软件直接进行岩土剪切流变测试数据采集和处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)实验测试步骤简单，只需将土体放置于剪切盒内，将其他设备正确连接，即可进行实验，并获得精确度较高的实验数据；

(2)实验精度较高，水平位移为0.01毫米，拉力为0.01牛顿，竖向和水平向荷载采用砝码重力施加荷载，可以保证荷载的精确性和持续性；

(3)本发明智能化程度较高，能够实现数据的自动采集、保存和处理，以及自动报警等，实验过程中可以无人值守；

(4)采取无线传输系统，可以实现远距离观测、查看和处理实验情况。

附图说明

图1为本发明智能剪切仪示意图。

其中：1为竖向支架，2为竖向轨道，3为竖向砝码，4为竖向托盘，5为位移计，6为承压板，7为上剪切盒，8为下剪切盒，9为拉力传感器，10为水平轨道，11为柔软钢丝绳，12为滑轮，13为水平钢板，14为钢柱，15为水平向托盘，16为水平顶板，17为钢梁，18为水平砝码。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种智能土工剪切流变仪，包括实验平台、加载系统、数据采集系统和数据处理系统四部分，其特征在于：

所述的实验平台包括有钢柱14和钢梁17焊接而成的支撑架，以及该支撑架上焊接的水平钢板13铺面，保证钢板的水平性和实验平台的稳定性；

所述的加载系统包括竖向加载系统和水平向加载系统，所述的竖向加载系统包括竖向支架1、竖向轨道2、竖向托盘4和竖向砝码3，所述的水平向加载系统包括承压板6、上剪切盒7、下剪切盒8、水平滑动轨道10、柔软钢丝绳11、滑轮12、水平托盘15、水平顶板16和水平砝码18，，所述的竖向支架1固定在水平钢板13上，所述的竖向轨道2设置在竖向支架1，所述的竖向托盘4放置于竖向轨道2上，所述的竖向砝码3放置于竖向托盘4上，所述的竖向托盘4顶住承压板6，所述的水平滑动轨道10设置在水平钢板13上，所述的下剪切盒8设置在水平滑动轨道10上，所述的水平顶板16设置在竖向支架1和上剪切盒7之间，所述的上剪切盒7与下剪切盒8对齐相连组成剪切盒，该剪切盒内放置土体，通过承压板6向剪切盒内土体施加竖向荷载，所述的柔软钢丝绳11与水平托盘15绕过滑轮12连接，柔软钢丝绳11一端通过位移计5与下剪切盒8连接，所述的水平砝码18放置在水平托盘15上，施加水平荷载；

所述的数据采集系统包括位移计5、拉力传感器9、无线发射器、无线收发器和计算机，所述的位移计5一端与下剪切盒8连接，另一端固定在竖向支架1上，所述的拉力传感器9设置在下剪切盒8与柔软钢丝绳11之间，所述的位移计5和拉力传感器9与无线发射器连接，所述的无线收发器与计算机连接；

所述的数据处理系统将数据采集系统采集的位移和荷载数据自动显示，并保存在计算机文件夹中，分别给出位移时间曲线图，对于给定的土体剪切值，实现自动预警功能、远程处理和监测功能。

通过上述智能土工剪切流变仪进行实验测试时，包括以下步骤：

(1)将竖向支架1和水平轨道10固定于水平钢板13上，将上剪切盒7和下剪切盒8对齐，在剪切盒中放入需要进行试验的土体，将承压板6放入土体上方，并将其整体放在水平轨道10上，此时，水平顶板16恰好顶住上剪切盒7，完成试验的准备工作；

(2)将竖向托盘4放置于竖向轨道2中，托盘4下端圆形钢柱顶在承压板6上，以施加竖向荷载作用，根据试验设计竖向荷载作用，按照设计值施加竖向砝码3，完成竖向荷载的施加工作；

(3)将柔软钢丝绳11绕过滑轮12分别与拉力传感器9和水平向托盘15相连接，根据水平剪切力设计值确定需要施加的水平砝码18，完成水平荷载的施加工作；

(4)将位移计5与竖向支架1固定，将位移计5预留有一定的压缩值，并顶住下剪切盒8，以测定土体剪切位移值，将位移计5和拉力传感器9与无线发射器相连接，将无线收发器与计算机相连，完成试验的数据采集工作；

(5)通过VB语言编程软件，实现了实验数据以下处理功能：位移和荷载数据能够自动显示和保存在计算机文件夹中，分别给出位移时间曲线图，对于给定的土体剪切值，能够实现自动预警功能，完成试验数据的自动处理工作。

由上述的实施例可以看出，本智能剪切流变仪能够实现试验数据精确度较高、操作简单和智能化程度较高的功能。

Claims (6)

1.一种智能土工剪切流变仪，包括实验平台、加载系统、数据采集系统和数据处理系统四部分，其特征在于：

所述的实验平台包括有钢柱和钢梁连接而成的支撑架，以及该支撑架上的水平钢板铺面；

所述的加载系统包括竖向加载系统和水平向加载系统，所述的竖向加载系统包括竖向轨道、竖向托盘和竖向砝码，所述的水平向加载系统包括承压板、上剪切盒、下剪切盒、水平滑动轨道、柔软钢丝绳、滑轮、水平托盘和水平砝码，所述的竖向托盘放置于竖向轨道上，所述的竖向砝码放置于竖向托盘上，所述的竖向托盘顶住承压板，所述的水平滑动轨道设置在水平钢板上，所述的下剪切盒设置在水平滑动轨道上，所述的上剪切盒与下剪切盒对齐相连组成剪切盒，剪切盒内放置土体，通过承压板向剪切盒内土体施加竖向荷载，所述的柔软钢丝绳通过滑轮分别连接下剪切盒和水平托盘，所述的水平砝码放置在水平托盘上，施加水平荷载；

所述的数据采集系统包括位移计、拉力传感器、无线发射器、无线收发器和计算机，所述的位移计与下剪切盒连接，所述的拉力传感器设置在下剪切盒与柔软钢丝绳之间，所述的位移计和拉力传感器连接无线发射器，所述的无线收发器与计算机连接；

所述的数据处理系统将数据采集系统采集的位移和荷载数据自动显示，并保存在计算机中，分别给出位移时间曲线图，对于给定的土体剪切值，实现自动预警功能。

2.根据权利要求1所述的一种智能土工剪切流变仪，其特征在于，所述的钢柱与钢梁焊接成支撑架，并与其上的水平钢板焊接。

3.根据权利要求1所述的一种智能土工剪切流变仪，其特征在于，所述的竖向加载系统还包括竖向支架，所述的竖向支架固定在水平钢板上。

4.根据权利要求3所述的一种智能土工剪切流变仪，其特征在于，所述的位移计一端与下剪切盒连接，另一端固定在竖向支架上。

5.根据权利要求3所述的一种智能土工剪切流变仪，其特征在于，所述的水平向加载系统还包括水平顶板，所述的水平顶板设置在竖向支架和上剪切盒之间。

6.根据权利要求1所述的一种智能土工剪切流变仪，其特征在于，所述的数据处理系统能够实现远程处理和监测功能。